Universitat McGill
La capacitat d’investigació de Rutherford va guanyar-lo com a professor a la Universitat McGill, a Mont-real, que compta amb un dels laboratoris més ben equipats de l’hemisferi occidental. Dient la seva atenció a un altre dels pocs elements coneguts aleshores com a radioactius, ell i un company van trobar que el tori emetia un producte radioactiu gasós, que va anomenar "emanació". Al seu torn, això va deixar un sòlid dipòsit actiu, que aviat es va resoldre en tori A, B, C, etc. Curiosament, després del tractament químic, alguns radioelements van perdre la radioactivitat però finalment la van recuperar, mentre que altres materials, inicialment forts, van perdre activitat gradualment. Això va conduir al concepte de mitja vida —en termes moderns, l’interval de temps necessari per a la meitat dels nuclis atòmics d’una mostra radioactiva fins a la descomposició — que va des de segons a milers de milions d’anys i és únic per a cada radioelement i per tant. una excel·lent etiqueta identificativa.
Rutherford va reconèixer la seva necessitat d’ajuda química experta amb el nombre creixent d’elements radioelèctrics. Seqüencialment, va atraure les habilitats de Frederick Soddy, un demostrador de McGill; Bertram Borden Boltwood, professor a la Universitat de Yale; i Otto Hahn, investigador postdoctoral d'Alemanya. Amb Soddy, Rutherford el 1902-03 va desenvolupar la teoria de la transformació, o la teoria de la desintegració, com a explicació de la radioactivitat, la seva màxima realització a McGill. L’alquímia i les seves teories d’elements transformadors —com ara el plom a l’or— havien estat exorcisats des de l’anomenada química moderna; Els àtoms eren considerats com a cossos estables. Però Rutherford i Soddy afirmaven ara que l’energia de la radioactivitat provenia de l’interior de l’àtom i que l’emissió espontània d’una partícula alfa o beta significava un canvi químic d’un element a un altre. Esperaven que aquesta teoria iconoclàstica fos controvertida, però les seves proves experimentals aclaparadores van anul·lar l'oposició.
Fa poc temps es va reconèixer que els radioelements entraven en tres famílies, o sèries de decadència, encapçalades per urani, tori i actini i totes acabant en plom inactiu. Boltwood va col·locar el radi a la sèrie d’urani i, seguint el suggeriment de Rutherford, va utilitzar la quantitat de plom creixent lentament en un mineral per demostrar que l’edat de les velles roques estava en el rang de mil milions d’anys. Rutherford considerava que la partícula alfa, perquè tenia massa tangible, era clau per a les transformacions. Va determinar que portava una càrrega positiva, però no va poder distingir si es tractava d’un ió d’hidrogen o d’heli.
Mentre estava a McGill, Rutherford es va casar amb la seva estimada de Nova Zelanda i es va fer famós. Va acollir al laboratori un nombre creixent d'estudiants de recerca, incloses dones en un moment en què poques dones estudiaven ciències. Tenia demanda com a orador i com a autor d’articles de revistes; també va escriure el llibre de text més important del període sobre radioactivitat, Radioactivitat (1904). Les medalles i la beca a la Royal Society de Londres van sortir al seu camí. Inevitablement, les ofertes de treball també van arribar.
